[发明专利]间断制备液态或半固态高硅铝合金的工艺及其设备

说明书

本发明提供间断制备液态或半固态高硅铝合金的工艺，以铝液和硅液为原料，其中铝液占总量的22‑70%，间断制备液态或半固态高硅铝合金，将铝液和硅液充分混合形成液态高硅铝合金或者将其冷却形成高硅铝合金半固态浆料。其间断制备液态或半固态高硅铝合金的设备，用于间断制备液态或半固态高硅铝合金，包括制浆机、保温炉、保温炉盖、回流陶瓷管、输出管以及冷却装置，所述制浆机穿过保温炉盖伸入保温炉内，所述回流陶瓷管设置于保温炉内，一端设置于保温炉上方，另一端抵靠制浆机底部设置，所述冷却装置设置于保温炉底部，所述输出管一端伸入保温炉内。

技术领域

本发明涉及轻合金制备工艺的技术领域，特别是间断制备液态或半固态高硅铝合金的工艺及其设备。

背景技术

高硅铝合金是由硅和铝组成的二元合金，是一种金属基热管理材料。高硅铝合金材料能够保持硅和铝各自的优异性能，并且硅、铝的含量相当丰富，硅粉的制备技术成熟，成本低廉，同时这种材料对环境没有污染，对人体无害。高硅铝合金密度在2.4~2.7 g/cm³之间，热膨胀系数(CTE)在 7-20ppm/℃之间，提高硅含量可使合金材料的密度及热膨胀系数显著降低。同 时，高硅铝合金还具有热导性能好，比强度和刚度较高，与金、银、铜、镍的镀覆性能好，与基材可焊，易于精密机加工等优越性能，是一种应用前景广阔的电子封装材料, 特别是在航天航空、空间技术和便携式电子器件等高技术领域。

现有的高硅铝合金复合材料制备方法主要有以下几种：

第一，熔炼铸造法：

熔炼铸造法设备简单、成本低及可实现大批量工业化生产，是合金材料最广泛的制备方法。利用常规铸造的高硅铝合金，Si的分布极不均匀，加工时易产生裂纹，材料存在严重的成分偏析，晶粒粗大，力学性能差等局限性，难以进行机械加工等后续处理。随着合金中硅含量的提高，问题更为突出，所以常规铸造很难制备高硅铝合金材料。

第二，浸渗法：

浸渗法分为压力浸渗法和无压浸渗法。压力浸渗法是通过机械加压或压缩气体加压，使得基体金属熔体浸入增强体间隙，可以解决增强材料和金属液不润湿而浸渗不完全等问题，但由于加压系统相对复杂，故限制其应用发展。

第三，粉末冶金：

粉末冶金法的主要工艺是使一定比例的铝粉和硅粉以及粘合剂均匀分散,通过干压、注射等方法使粉末混合成型,最后在保护气氛下烧结形成较为致密的材料。该法解决了硅颗粒与铝基体润湿性不好,硅颗粒难以加入熔体的问题,并且材料可以一次成形,少切削加工,克服了金属基复合材料难以加工的缺点。但是这种方法工艺复杂,难以进行精确控制,压型不致密,成本高。

第四，真空热压法：

真空热压法是指加压成型和加压烧结同时进行的一种烧结工艺,其优点是：（1）粉末容易塑性流动和致密化；（2）烧结温度和烧结时间短；（3）致密度高。一般工艺为：在真空条件下,将粉末装在模腔内,在加压的同时使粉末加热,经过较短时间的加压形成致密均匀的材料。但是由于自身工序复杂，可操作性差，限制了该技术在高硅铝合金制备中的应用。

第五，急速冷却/喷射沉积：

急速冷却/喷射沉积技术是为了克服工序复杂，氧化严重等问题，与粉末冶金等技术相抗衡而发展起来的一种快速凝固技术。由于这种工艺具有其它工艺无法比拟的优势，近年来发展迅速。急速冷却/喷射沉积具有以下优点：（1）无宏观偏析；（2）细小而均匀的等轴晶显微组织；（3）细小的初生沉淀相；（4）氧含量低；（5）热加工性能得到改善。

有鉴于此，本发明人专门设计了间断制备液态或半固态高硅铝合金的工艺及其设备，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的之一在于提供间断制备液态或半固态高硅铝合金的工艺，以铝液和硅液为原料，其中铝液占总量的22-70%，间断制备液态或半固态高硅铝合金，包括如下步骤，